物理法生產(chǎn)活性炭過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題
前文已提到根據(jù)杜比寧的觀點(diǎn)，當(dāng)氣化損失率小于50%的時(shí)候?qū)⒌玫揭晕⒖诪橹鞯幕钚蕴?氣化損失率大于75%時(shí)則得到以大孔為主的活性炭;氣化損失率介于二者之間時(shí)則得到的活性炭兼具微孔和大孔結(jié)構(gòu)。一般氣體活化法得率為20%~30%，因此原料總利用率只有10%左右，其余部分已隨活化反應(yīng)尾氣逸出。因此在產(chǎn)品質(zhì)量的前提下盡可能提高原料利用率是獲得大經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。有研究表明在原料炭化還有活化過(guò)程中加入一些化學(xué)試劑均可提高反應(yīng)得率，例如，木材炭化過(guò)程中加入一定量的磷酸可以使得率由39%提升至45%，纖維素炭化過(guò)程中加入一定量的磷酸鹽亦可大幅提高炭化得率。
此外在氣體活化法中，所產(chǎn)生的尾氣中含有CO、Hz等高熱值氣體，并且尾氣溫度也很高。充分利用尾氣的熱量和其中的可燃?xì)怏w也是降低成本、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、增加經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

流化床活化法流化床是將體原料置于以較高速度流動(dòng)的氣體中，使固體顆粒懸浮于流體中，類(lèi)似于流體狀態(tài)的操作裝置。由于在其內(nèi)固體顆粒狀如沸騰液體，因此也稱(chēng)為沸騰床。因?yàn)楣腆w流態(tài)化之后氣固之間可充分接觸，因此十分利于活化反應(yīng)的充分進(jìn)行，也能有效地縮短活化時(shí)間，所得到的產(chǎn)品質(zhì)量也較好。在活性炭生產(chǎn)中，流化介質(zhì)為水蒸氣或煙道氣，原料一般是木屑炭化料、果殼炭、煤等。由于需要能夠被一定流速的氣流吹起，因此原料粒徑通常要求小于3mm。按照床的結(jié)構(gòu)可分為單層床式、多層床式和多管床式，其中單床式和多管式應(yīng)用相對(duì)較為廣泛，其結(jié)構(gòu)分別如圖3-13和圖3-14所示，
流化床的基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用都有廣泛的研究。例如有研究表明流化床良

多段爐，多段爐又稱(chēng)為多膛爐，因其內(nèi)部有耙齒用于動(dòng)層，我在活性炭行業(yè)內(nèi)又稱(chēng)其為耙式爐。這是歐美、日本等地的主流活化爐模式。于1950年開(kāi)始應(yīng)用于活性炭的生產(chǎn)，設(shè)備幾乎都是由美國(guó)Nichols公司說(shuō)計(jì)生產(chǎn)的。通常這是一種外熱式的移動(dòng)床反應(yīng)裝置，外壁為鋼制圓簡(jiǎn)形。內(nèi)壁由耐火磚砌成，中央為由耐火磚砌成的數(shù)段爐床(多為4~12段)。#中心有可旋轉(zhuǎn)的耐高溫鋼軸，在軸兩側(cè)有耙臂，臂下有若干耙齒起到攪排作用。通常層床板上耙齒使物料往中心移動(dòng)，從中心部的開(kāi)口落人票二層床板，而第二層的耙齒方向與層相反，因此物料將被推向外招落入第三層床板上，依此類(lèi)推直至底層爐板，由卸料裝置卸出從而得到終產(chǎn)品,
多段爐是目前的活化設(shè)備，活化溫度、活化時(shí)間、氣體通入等參數(shù)可以較為方便地控制，燃料單耗成本相對(duì)較低，運(yùn)行成本低

物理法的基本工藝過(guò)程
物理法制造活性炭的基本工藝流程是粉狀活性發(fā)生產(chǎn)流程，圖3-2(b)是無(wú)定形活性炭和成型活性炭生產(chǎn)流程(。
由此可看出，物理法活性炭生產(chǎn)工藝大致包括以下主要工段，原料處理工段、活化工段、后處理工段和成品工段。
二、物理法工藝過(guò)程及相應(yīng)生產(chǎn)裝置
1.原料預(yù)處理工段
由于制備活性炭的原料種類(lèi)很多，有木質(zhì)原料、煤質(zhì)原料、人造材料和工業(yè)廢料等，不同原料有不同的物理化學(xué)性質(zhì)，包括不同的粒徑、粒徑分布和灰分、揮發(fā)分含量等，因此針對(duì)不同原料也需要進(jìn)行不同的預(yù)處理。
預(yù)處理的目的有三個(gè)，是可以使得原料的外觀和粒度較適合炭化、活化設(shè)備，并滿足使用者對(duì)產(chǎn)品的要求;第二是可以除去大部分對(duì)活化反應(yīng)和產(chǎn)品性能不利的雜質(zhì);第三是可以盡可能減小原料發(fā)生石墨化的趨勢(shì)，從而有利于得到吸附性能優(yōu)良的活性炭產(chǎn)品。
為得到合適粒度的原料并除去雜質(zhì)，可采用破碎、篩分、揚(yáng)析和除鐵等工藝過(guò)程，并根據(jù)不同原料的特性選用相應(yīng)的礦石、糧食或者飼料加工設(shè)備。以爆作為原料時(shí)宜選擇特定煤層的原煤或經(jīng)過(guò)洗煤處理的煤。特別需要指出的是

為提高產(chǎn)品得率、降低生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗并同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所活性炭研究室開(kāi)發(fā)出了原料熱解自活化的新工藝，該工藝的基本原理是在密閉反應(yīng)容器中，原料在高溫下熱解產(chǎn)生出大量氣體、這些氣體即可作為活化反應(yīng)的氣體、同時(shí)由于體系的壓力增高，椰殼觸織細(xì)胞內(nèi)的氣體強(qiáng)制逸出時(shí)、會(huì)對(duì)椰殼組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定沖擊，這種沖擊作用可以改善椰殼組織結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)高溫自活化時(shí)活性炭微孔的形成與發(fā)展。
該工藝與傳統(tǒng)工藝制備的活性炭性能比較如表3-1所示。
表31新工藝與通常的活化工藝比較
新鼎方法 工藝過(guò)程 活化時(shí)間h 能耗 活化劑消耗 氣、液相污染
化工藝 熱馨自話 活性炭 椰夾一熱解一 工藝簡(jiǎn)便 4 低 無(wú)活化劑 無(wú)氣、液污染
物理法工藝活化一活性炭椰殼一炭化一工藝復(fù)雜8消耗大量水蒸氣、煙道氣等氣體活化劑粉塵污染
曝殼一炭化一 消耗數(shù)信的
化學(xué)法工藝粉種一與活化劑混合一活化一工藝復(fù)雜6低鋅、氫氧化鉀磷酸、氯化氣、液橙污染大
洗滌一活性炭
劉雪梅等以椰殼為原料、采用熱解活化法于900℃下密閉處理4h后制備了活性炭，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所制的活性炭比表面積為994m2/g，微孔容積為
0.43cm’/g、微孔率達(dá)到85%、平均孔徑為2nm，該活性炭碘吸附值為1295mg/g、亞甲基藍(lán)吸附值為135mg/g、亦說(shuō)明其孔徑分布以微孔為主之后劉雪梅等又進(jìn)一步延長(zhǎng)活化時(shí)間至8h、雖然得率降為9.4%，但活性炭比表面積達(dá)到1723m/g、微孔容積為0.68cm/g、碘吸附值與亞甲基藍(lán)吸附值分別達(dá)到了1628mg/g和375mg/g、均優(yōu)于市售凈水用活性炭，作者認(rèn)為反應(yīng)機(jī)理是在密閉空間中、物料發(fā)生熱解反應(yīng)生成大量的CO、H.O.H、
活性炭制備技術(shù)
燒結(jié)封團(tuán)、導(dǎo)致活性炭的各種性能開(kāi)始下降、活化時(shí)間選擇在1b較好。 Ahoed 等通過(guò)氯化鋅活化棗核制備了活性炭、結(jié)果表明、當(dāng)活化時(shí)間由6h增加至3.5h時(shí)，得豐由43%降低至29%，在初的1.25h內(nèi)降低得快、并在此時(shí)達(dá)到了大碘吸附值837.54mg/g、且在前1.25h內(nèi)是有利于中孔增加的、隨著活化時(shí)間的增加、中孔開(kāi)始塌陷變?yōu)榇罂祝?br /> 活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛、在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)揮作用的主要是孔結(jié)構(gòu)和表而官能團(tuán)、所以根據(jù)市場(chǎng)的需求有很多科研人員開(kāi)始關(guān)注組合活化法，包括物理化學(xué)法、化學(xué) 化學(xué)法、微波-化學(xué)法等。
一、物理-化學(xué)活化法
物理化學(xué)活化法是結(jié)合物理法(CO:、水蒸氣法等)與化學(xué)法(磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀法等)制備活性炭的一種方法、此類(lèi)活性炭具有特孔結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)。Dolas等?)采用開(kāi)心果殼與氯化鋅前期浸清后，通過(guò)后續(xù)的高溫CO=活化法制備了BET比表面積為3256m2/g、孔容積為1.36cm'/g的活性炭，而采用氯化鈉溶液浸清的開(kāi)心果殼采用高溫CO:活化制備了 BET比表面積為3895m/g、孔容積為1.86cm’/g的活性炭。Arami Niya等()采用油棕櫚殼為原料，先采用少量氯化鋅或磷酸法活化制備具備初期窄微孔的活性炭、然后采用高溫CO:活化制備了甲烷吸附用活性炭，此方法可以使得活性炭的孔結(jié)構(gòu)均勻化分布、有利于甲烷的存儲(chǔ)。
二、化學(xué)-化學(xué)活化法
化學(xué)-化學(xué)法是指結(jié)合兩種不同的化學(xué)活化劑進(jìn)行活化制備活性炭的方法。 Heidari等()采用赤桉木為原料，先使用磷酸或氯化鋅活化制備早期活性炭、然后采用氫氧化鉀法進(jìn)行二次化學(xué)活化、制備了具有較高微孔含量(98%)的 CO;存儲(chǔ)用活性炭。
三、微波-化學(xué)活化法
微波-化學(xué)法是指以微波加熱的方式來(lái)提供化學(xué)法(磷酸、氧化鋅、氯氧化鉀等)活化所需熱量來(lái)制備活性炭的方法，微波加熱相比傳統(tǒng)加熱方式的優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度縮短活化時(shí)間，可以控制在10min左右，Lu等“)以竹子為原料，采用微波加熱磷酸活化法制備了比表面積為1432m/g、孔容積為
0.696cm'/g的活性炭產(chǎn)品、得率可達(dá)47.8%，Hesas等通過(guò)微波氧化鋅